Ako funguje potlačenie hluku v slúchadlách a prečo sa nešetrí od všetkých vonkajších zvukov

2024 Autor: Malcolm Clapton | [email protected]. Naposledy zmenené: 2023-12-17 04:09

Bezohľadná fyzika bráni systémom na potlačenie hluku vo vytváraní dokonalého ticha.

V roku 2020 v dôsledku prechodu na prácu na diaľku veľa ľudí potrebovalo slúchadlá na komunikáciu s kolegami na online konferenciách a dištancovanie sa od členov domácnosti. Gadgety s potlačením hluku si získali mimoriadnu obľubu: pomohli lepšie sa sústrediť na prácu vďaka tomu, že znížili úroveň vonkajšieho hluku.

Takéto modely však existujú už dlho: domáce slúchadlá so systémom potlačenia hluku prvýkrát vyšli už v roku 1989. Nedávno spoločnosť Apple upozornila na túto funkciu vydaním AirPods Pro a potom AirPods Max.

Mnohí očakávajú, že slúchadlá s potlačením hluku úplne „vypnú“okolitý zvuk, a sú sklamaní, keď tak neurobia. Aby ste pochopili, prečo technológia nenapodobňuje tlačidlo Mute, musíte pochopiť, ako to funguje.

Ako funguje aktívne potlačenie hluku

Technológia aktívneho potláčania hluku prešla na domáce spotrebiče z armády: už v polovici 20. storočia sa takéto systémy používali na zníženie hladiny hluku v kokpitoch lietadiel a helikoptér. Prvé slúchadlá na uši s aktívnym potlačením hluku boli vytvorené pre vrtuľníky v roku 1957.

Pre domáce použitie technológiu upravila spoločnosť Bose – práve jej slúchadlá sa stali v roku 1989 priekopníkmi v oblasti potláčania hluku na trhu spotrebnej elektroniky.

Princíp činnosti je nasledovný: mikrofónny systém deteguje úroveň hluku okolo slúchadiel a potom sa v reproduktoroch reprodukuje signál s rovnakou amplitúdou, ale v protifáze. Výsledkom je, že vlny hluku a protihluku sa navzájom potláčajú. Samozrejme, aby sa vytvorila protifázová vlna, slúchadlá musia byť pripojené k nejakému zdroju energie, preto sa takýto systém nazýva aktívny.

Jeho implementácia do praxe nie je taká jednoduchá, ako sa zdá. Všetko je to o samotnej podstate zvuku. Generovanie signálu v protifáze je náročná úloha: musí byť dokončená rýchlo a presne. Rýchlo, pretože hluk sa môže meniť napríklad v kaviarni, buď klopú šálky na tanieriky, alebo sa niekomu gratuluje k narodeninám, teda vrtkavé zvukové pozadie a treba sa tomu prispôsobiť. Presne tak, pretože odchýlka medzi fázou a antifázou môže viesť k nepríjemnému skresleniu.

To je dôvod, prečo je aktívne potlačenie hluku najlepšie pri riešení monotónnych nízkofrekvenčných zvukov, ako je bzučanie leteckých motorov alebo ventilácie. Majú viac-menej konštantnú amplitúdu a vlnová dĺžka pri nízkych frekvenciách je dosť veľká a odpúšťa určité nezrovnalosti signálu vo fáze a protifáze. V prípade kaviarne tvoria základ šumu zvuky strednej a vysokej frekvencie, pri ktorých je vlnová dĺžka oveľa kratšia a amplitúda sa mení výraznejšie – majú vyššie požiadavky na protifázový signál.

Moderné systémy aktívneho potlačenia hluku ešte nemajú dostatočný výpočtový výkon, aby umlčali rozhovory cudzích ľudí a náhle dunenie. Dobre však zvládajú monotónny hluk v pozadí.

Ako funguje pasívne potlačenie hluku

Okrem aktívneho potlačenia hluku existuje aj pasívne potlačenie hluku. Dá sa povedať, že je to zvuková izolácia: nasadíte si slúchadlá – a všetko okolo sa utlmí. Nevyžaduje elektrickú energiu a závisí len od toho, ako tesne zariadenie prilieha k ušiam a hlave. Ak existuje nejaká medzera, bude počuť hluk.

Preto sa slúchadlá do uší dodávajú s niekoľkými pármi slúchadiel rôznych veľkostí: každý má iné uši a niekedy nie je ľahké nájsť dokonalé náušníky. Ak nesedia veľmi pevne, gadget nezabezpečí správnu úroveň zvukovej izolácie.

Ale dokonale zladené dýzy účinne tlmia presne ten hluk, s ktorým si aktívne potlačenie hluku neporadí: stredné a vysoké frekvencie, ostré, náhle zvuky. Pretože tento obvod sa nespolieha na rýchlosť elektroniky, ale jednoducho tlmí všetko okolo, aj keď nie do úplného ticha.

Pasívne potláčanie hluku zohráva významnú úlohu aj pri slúchadlách plnej veľkosti s veľkými mušličkami. Čím pevnejšie sú náušníky pritlačené k vašej hlave, tým menej hluku počujete a tým menej ľudí, ktorí sú nablízku, bude vedieť o vašej hudbe. Ak ale viete vymeniť nevhodné nástavce na slúchadlá do uší, tak s plnohodnotnými, ktoré na hlave nesedia dobre, sa už nedá nič robiť.

A napriek tomu sa s takýmto gadgetom nedá dosiahnuť dokonalé ticho. Dôvod je opäť v povahe zvuku a v materiáloch. Zvuk sa šíri všade tam, kde je médium. Fyzické prekážky mu môžu brániť, a tak si jednoducho zakryjete uši rukami a prehlušíte okolitý svet.

Aby sa však dosiahla úplná zvuková izolácia, musia sa použiť špeciálne materiály pohlcujúce zvuk.

Pamätáte si na veľké konštrukčné slúchadlá, ktoré sa nosia na ochranu pred drsnými zvukmi ako zbíjačka? Nie je v nich žiadna elektronická výplň – jednoducho zakrývajú uši, vytvárajú fyzickú bariéru pre hluk a uvoľňujú vaše ruky. Zároveň stále nedávajú úplné ticho: zbíjačka je počuteľná, aj keď matná.

Aby ste dosiahli maximálnu zvukovú izoláciu v týchto slúchadlách, musíte pridať viac savého materiálu, vďaka čomu budú výrazne ťažšie a objemnejšie. Teraz si predstavte, že k už pribúdajúcim slúchadlám budete musieť pripojiť všetku potrebnú elektroniku. Model bude veľmi ťažký.

Výrobcovia samozrejme vylepšujú ako materiály, z ktorých sú slúchadlá vyrobené, tak aj ich elektronickú výplň, no k ideálnemu tichu majú ešte ďaleko. Teraz sa snažia nájsť rovnováhu medzi komfortom používania a efektivitou ponúkaných funkcií.

Čo ovplyvňuje kvalitu odhlučnenia

Na trhu je veľa spoločností, ktoré ponúkajú slúchadlá s aktívnym potlačením hluku, no ako viete, kto má tie najlepšie?

Môžete sa pozrieť na charakteristiky. Napríklad, čím viac mikrofónov pracuje v systéme redukcie šumu, tým presnejšie bude načítaná úroveň okolitého brumu a tým správnejšie bude vytvorený protifázový signál. Čím výkonnejší a modernejší procesor, tým rýchlejšie bude systém reagovať na zmeny v okolitom hluku. Teoreticky.

Niektoré spoločnosti dokonca ponúkajú vlastné algoritmy na zníženie hluku, ako napríklad Sony, Bose, Samsung, Apple. Slúchadlá vybavené takýmito systémami majú okrem mikrofónov, ktoré počúvajú hluk mimo zariadenia, aj mikrofóny, ktoré zachytávajú hluk vo vnútri.

Počas kalibrácie slúchadlá reprodukujú testovacie signály a tie isté interné mikrofóny čítajú odpoveď. Na základe výsledkov kalibrácie algoritmus redukcie hluku koriguje svoju prácu: teraz je prispôsobený geometrii konkrétnych uší a hlavy.

Pasívna zvuková izolácia ovplyvňuje aj činnosť aktívneho systému tlmenia hluku. Ak sú slúchadlá uvoľnené a prechádzajú cez hluk, protifázový signál nebude fungovať tak efektívne. Väčšina slúchadiel s aktívnym potlačením hluku plnej veľkosti obsahuje veľké, mäkké ušné vankúšiky, ktoré obopínajú krivky vašej hlavy a poskytujú maximálnu zvukovú izoláciu.

Ako nenapadnúť trikom obchodníkov

Problém so slúchadlami s potlačením hluku je v tom, že spoločnosti klamú: v reklamách, keď je zapnuté potláčanie hluku, večierok je nahradený zvonivým tichom, miesto búchajúcich kolies vlaku je zabraté pokojnými alpskými lúkami a dieťa kričí. ďalšie sedadlo sa rozplynie v opare.

Ale kvôli fyzike samotného procesu redukcie hluku je nereálne dosiahnuť takýto efekt. Spočiatku, mimochodom, spoločnosť Bose svoje slúchadlá poctivo nazývala Noise-Reducing – „zníženie hluku“, no potom, ako aj iní, prešla na pojem Noise-Canceling – „potlačenie hluku“.

Výsledkom je, že používatelia, ktorí dúfajú v ticho, idú v takých slúchadlách dole v metre, zapnú potláčanie hluku … Kvílenie vetra v tuneli zmizne, ale študenti, ktorí hovoria o absolvovaní relácie so Stanislavského trápením, nie.. A ako niekto nablízku kašlal, je počuť. Tupé, ale stále počuteľné.

Kde je moje sľúbené ticho, lúky a vysokohorská sviežosť? V snoch. Pretože technológia ešte nedosiahla túto úroveň.

Zároveň sa v marketingových materiáloch vývojári veľmi radi chvália tým, že ich systém poskytuje odhlučnenie napríklad až -15 dB. Prvá vec, ktorú venujeme pozornosť, je slovo "predtým". Druhým je, že nie je špecifikované, za akých podmienok možno týchto −15 dB dosiahnuť. To znamená, že existujú nejaké čísla, ale nie je jasné, ako ich porovnať s realitou.

Ďalším trikom je nahrádzanie pojmov. Stáva sa, že v popise slúchadiel je potlačenie hluku systémom, ktorý tlmí hluk pri prenose hlasu počas hovorov. To znamená, že váš partner vás počuje jasnejšie. Nemá to ale vplyv na potlačenie vonkajšieho hluku pri počúvaní hudby.

Aký je základ

Technológia potláčania hluku v podobe, v akej ju prezentujú reklamné oddelenia výrobcov slúchadiel, neexistuje. Jeho pôsobenie je navyše individuálne a závisí od fyzických parametrov konkrétneho poslucháča. Niekomu poskytujú slúchadlá plnej veľkosti dostatočnú pasívnu zvukovú izoláciu, takže aktívne potlačenie hluku funguje dobre. A inému človeku napríklad kvôli inej štruktúre lícnych kostí nebudú slúchadlá sedieť tak tesne a algoritmus bude neúčinný. Takže všetko treba vyskúšať.

Modely s aktívnym potlačením hluku sú vhodné pre tých, ktorí veľa cestujú v doprave: v autobusoch, vlakoch a lietadlách. Hlavnou črtou takýchto slúchadiel je schopnosť tlmiť monotónny nízkofrekvenčný hukot a je to práve on, kto najčastejšie sprevádza na cestách. Líšia sa kvalitným aktívnym potlačením hluku, napríklad:

• Sony WH – 1000XM4,
• Soundcore Liberty Air 2 Pro,
• Sennheiser Momentum True Wireless 2,
• Marshall Monitor II ANC,
• Samsung Galaxy Buds Pro.

Tí, ktorí sa snažia utiecť z hlučných kancelárií a domácností, by si mali dať obzvlášť záležať na usadení slúchadiel a hľadať modely, ktoré čo najbližšie priliehajú k hlave alebo zvukovodu. Tieto slúchadlá znižujú úroveň všetkého hluku naokolo, vrátane hlasov. Ale podľa rady si ich nevyberiete: treba ich vyskúšať.

Ak narazíte na model, ktorý dobre sedí a je vybavený aktívnym potlačením hluku, môžete sa radovať: získate to najlepšie z oboch svetov. Ale stále nemôžete dosiahnuť dokonalé ticho.